ZVUKOVÉ JEVY Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie
Odraz zvuku Vznik ozvěny Dozvuk Několikanásobný odraz
Ohyb zvuku
Zvuk se dostává za překážky Překážka srovnatelná s vlnovou délkou
Pružnost Působení síly → deformace pružná ( elastická - dočasná ) nepružná ( plastická - trvalá ) Síla pružnosti Rovnovážná poloha Výchylka + maximální výchylka
Pružnost Velikost výchylky je přímo úměrná velikosti působící síly !
F=k⋅x
Nejvyužívanější pružná tělesa: pružiny
Kmitavý pohyb Graf závislosti výchylky pružného tělesa na čase = časový diagram Výchylka nahoru: znaménko + Výchylka dolů: znaménko -
Periodický kmitavý pohyb Periodický pohyb - neustále se opakuje
Periodický kmitavý pohyb Popis opakování: Perioda: doba jednoho opakování Značka: T Základní jednotka: s Frekvence: počet opakování za sekundu Značka: f Základní jednotka: Hz
1 1 T= f= f T
Periodický kmitavý pohyb Perioda = nejkratší doba, za kterou se kmitající těleso dostane do stejné výchylky
Příklad 1 Určete periodu a frekvenci těchto pohybů: JOJO udělá 75 kmitů za minutu, brusný kotouč udělá 1000 otáček za 4 minuty, houpačka vykoná 30 zhoupnutí za půl minuty, normální srdeční puls má hodnotu 75 úderů za minutu u mužů a 82 úderů za minutu u žen.
Harmonický kmitavý pohyb Speciální případ periodického kmitavého pohybu Časový diagram: sinusoida
Perioda
Amplituda
Harmonický kmitavý pohyb Příklady těles: těleso zavěšené na pružině, kyvadlo, kmitající deska, otáčení disku… Ukázka, Ukázka_disk
Harmonický kmitavý pohyb
Časový diagram kmitání těchto těles = sinusoida Těleso na pružině: ukázka Kyvadlo: ukázka
Kmitání pružných těles Důvod kmitání těles: přeměna mezi kinetickou a potenciální energií ( periodická ) Ukázka
Kmitání pružných těles Část energie se ztrácí do okolí: teplo, odpor vzduchu, … Tlumené kmitání
Kmitání pružných těles Tlumení musí být co největší: např. tlumiče. Tlumení nesmí být žádné: je třeba kompenzovat ztráty. Nucené kmitání Dodávání energie harmonicky - může vést k rezonanci.
Rezonance Pozitivní: např. hudební nástroje, ladičky, ladění rádia. Negativní: chvění, mosty, sloupy a stožáry, turbíny… Ukázka_most Ukázka_sklenička
Pro zajímavost
Chvění desek - vznikají tzv. Chladniho obrazce Ukázka
Mechanické vlnění Děj, při kterém se do okolí šíří kmitavý pohyb. Musí být nějaké prostředí ( lano, voda, vzduch, … ) Částice si vzájemně předávají energii ( proč? ) Přenáší se jen energie, ne hmota! Ukázka
Mechanické vlnění Všechny body: stejná frekvence → frekvence vlnění Stejně pro periodu Vlnová délka: fyzikální veličina - vzdálenost dvou bodů se stejnou výchylkou značka: λ ( lambda) základní jednotka: metr
Mechanické vlnění Vlnová délka
Mechanické vlnění
rychlost šíření vlnění: v = λ ⋅ f vzdálenost, kam se rozšíří vlnění za 1 s různé rychlosti pro různá prostředí
Příklad 2
Při frekvenci 2 Hz, se kterou je rozkmitávána gumová hadice, naměříme vlnovou délku 4 m. Jakou rychlostí se vlnění šíří?
Příklad 3
V mosazné tyči se šíří vlna rychlostí 3 500 m/s. Měřením byla určena vlnová délka 1 m. Jaká byla frekvence zdroje vlnění?
Vlnění příčné a podélné Příčné body kmitají napříč směru šíření vlnění šíří se v pružných pevných látkách a na hladině kapalin
Vlnění příčné a podélné Podélné body kmitají podél směru šíření vlnění šíří se ve všech látkách
Vlnění příčné a podélné
Ukázka 1 Ukázka dav
Příklad 4 Jakou vlnovou délku má vlnění? Jaká je amplituda vlny? Jaká je okamžitá rychlost bodu M?
Zvuk podélné vlnění frekvence 20 Hz - 20 kHz rozdělení: jednoduchý tón - harmonický složený tón - periodický hluk - neperiodický
Vlastnosti tónu Výška tónu určena základní frekvence ( ta nejnižší ) Porovnání Barva tónu určena tzv. vyššími harmonickými tóny poznáme na časovém diagramu
Zdroje zvuku úder: buben, klavír, dupot, pád, … drnkání: kytara, kobylka, harfa, … smýkání: housle, křída a tabule, brzdy, hra na skleničky, … trvalá deformace: mačkání, trhání, sníh pod nohama, … rychlý pohyb: bič, letadlo, střela, … proudění vzduchu: hlasivky, flétna, píšťala, saxofon, stéblo, … rychlá změna tlaku: blesk, výstřel, otevření láhve, výbuch, … rychle se měnící síla: křídla hmyzu, reproduktor, jízda autem, …
Šíření zvuku Ve všech látkách Rychlost šíření ( závisí zejména na teplotě ) Prostředí
Rychlost zvuku v
vzduch
340
voda
1 500
železo
3 250
hliník
6 000
Odraz zvuku Vznik ozvěny Dozvuk Vícenásobný odraz Pohlcení
Ohyb zvuku Překážka úměrná vlnové délce Hloubky vs. výšky
Hlasitost Úměrná energii zdroje Více energie = větší změny tlaku Práh slyšení ( 0,000 000 000 001 W / pro 1 kHz ) Práh bolesti ( 1 W / pro 1 kHz) Výkon dopadající na 1 m2
Hlasitost
Hladina intenzity zvuku = poměr k prahu slyšení ( 0 dB ) Práh bolesti = 120 dB
Hlasitost Sluchové pole
Hlasitost šum listí šepot tlumený hovor televizor hlasitý hovor silnice křik hlasitá hudba rockový koncert start letadla
20 dB 30 dB 40 dB 50 dB 60 dB 70 dB 80 dB 90 dB 100 dB 110 dB
Hlasitost
Vnímání zvuku
Vnímání zvuku Nejcitlivější: 3 kHz Ochrana sluchu: dostatečná vzdálenost dlouhodobé zatížení Směrové slyšení
Ultrazvuk Mechanické vlnění o frekvenci vyšší než 20 kHz Dobrý odraz Sonar Netopýři, delfíni, … Lékařství
Infrazvuk Mechanické vlnění o frekvenci nižší než 20 Hz Dobré šíření prostředím Čištění Seismické vlny Zvukové dělo Velryby
